一種弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料及其制備方法，按照重量份數(shù)組成如下：LDPE 50～60；彈性體5～20；高導(dǎo)電炭黑25～35；抗氧劑0.5～1.5；交聯(lián)劑DCP 1.0～2.5；交聯(lián)助劑為TAIC 1.5～3.5；固體石蠟0.5～1.5；其制備包括以下步驟：(1)在高溫混合器中，將LDPE與高導(dǎo)電炭黑、抗氧劑熔融混合均勻；(2)之后加入非極性橡膠或非極性熱塑性彈性體，熔融混合均勻；(3)最后加入固體石蠟、交聯(lián)劑DCP和交聯(lián)助劑TAIC，熔融混合均勻后，迅速從混合器中取出物料并冷卻至室溫。本發(fā)明的半導(dǎo)電屏蔽料在工作溫度下具有明顯弱化的正溫度系數(shù)效應(yīng)。
【專利說明】
一種弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料及其制備方法，具體地說， 涉及一種通過多相體系的組份調(diào)控而獲得具有弱化的正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料的 制備方法，屬于電纜屏蔽料的制備與性能研究。
【背景技術(shù)】
[0002] 高分子半導(dǎo)電屏蔽料在電纜屏蔽領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，通常在電纜的導(dǎo)體外圍設(shè) 置半導(dǎo)電屏蔽層來使電場分布均勻，提高電纜的電氣強度和使用壽命。目前常見的半導(dǎo) 電屏蔽料的制備方法是通過在高分子基體中大量添加導(dǎo)電炭黑，使其具有較低體積電阻 率；但炭黑填充量過高，會導(dǎo)致復(fù)合體系力學(xué)性能的下降以及在電纜擠出時加工性能的惡 化，而且會使得屏蔽層表面粗糙有凸起，在高壓電場條件下易導(dǎo)致電纜絕緣層擊穿。在電 纜的工作溫度下，半導(dǎo)電屏蔽料會表現(xiàn)出明顯的正溫度系數(shù)效應(yīng)（positive temperature coefficient)，即PTC效應(yīng)，也就是說，即在一定溫度范圍內(nèi)，材料自身的電阻率隨溫度升 高而增大的現(xiàn)象。為了抵消正溫度系數(shù)效應(yīng)帶來的不良影響，保證屏蔽料在電纜額定工作 溫度下也能保證一定的體積電阻率，通常的做法是進一步提高炭黑的使用量，以強化導(dǎo)電 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如何在不提高導(dǎo)電炭黑用量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)半導(dǎo)電屏蔽料的正溫度系數(shù)效應(yīng)的 弱化，是目前面臨的重點難題。
[0003] 另一方面，現(xiàn)有的交聯(lián)聚乙烯電力電纜用內(nèi)屏蔽料大多采用乙烯-醋酸乙烯共聚 物（EVA)作為基礎(chǔ)樹脂，通過添加炭黑以及抗氧劑、潤滑劑，經(jīng)過擠出造粒后吸收過氧化物 交聯(lián)劑制備而成。但由于EVA的分解溫度較低，在擠出成型時高溫條件下易分解并釋放出 乙酸，在屏蔽層表面產(chǎn)生顆粒，影響電纜的使用壽命，而且釋放的乙酸還會對設(shè)備和電纜交 聯(lián)管道造成腐蝕和傷害。
[0004] 低密度聚乙烯（LDPE)是高壓電纜的絕緣層材料，與EVA相比，具有熱穩(wěn)定性較高 的優(yōu)勢。本發(fā)明提供一種新的技術(shù)方案，以LDPE為半導(dǎo)電屏蔽料的基材，通過對多相體系 的組份調(diào)控，在不提高導(dǎo)電材料含量的基礎(chǔ)上，制備出具有明顯弱化的正溫度系數(shù)效應(yīng)的 半導(dǎo)電屏蔽料，并賦予產(chǎn)物柔軟性和較高的耐熱穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對在目前電力電纜用半導(dǎo)電屏蔽料的應(yīng)用中，在弱化半導(dǎo)電屏蔽料隨溫 度升高而存在的正溫度系數(shù)效應(yīng)方面，除了提高導(dǎo)電材料用量，尚無其它解決途徑的問題； 以及現(xiàn)有半導(dǎo)電屏蔽料的基體EVA熱穩(wěn)定性不佳的問題，制備了一種基于LDPE的電纜用半 導(dǎo)電屏蔽料，進一步開發(fā)了半導(dǎo)電屏蔽聊的產(chǎn)品品級，產(chǎn)物具有顯著弱化的正溫度系數(shù)效 應(yīng)，制品柔軟性且其基材具有較高的熱穩(wěn)定性。
[0006] 本發(fā)明提供了一種弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料及其制備方法，包括下列 順序步驟：
[0007] (1)通過熔融共混工藝，在115°C的高溫混合器中，將LDPE與高導(dǎo)電炭黑、抗氧劑 混合均勻；
[0008] (2)將彈性體加入步驟（1)所獲得的混合物中，繼續(xù)熔融混合至均勻；
[0009] (3)最后將固體石蠟、交聯(lián)劑DCP和交聯(lián)助劑TAIC加入步驟（2)所獲得的混合物 中，熔融混合至均勻，之后迅速從混合器中取出物料并冷卻至室溫。
[0010] 其中，按照重量份數(shù)組成如下：LDPE 50~60 ;彈性體5~20 ;高導(dǎo)電炭黑25~ 35;抗氧劑0.5~1.5;交聯(lián)劑DCP 1.0~2. 5;交聯(lián)助劑為TAIC 1.5~3. 5;固體石蠟 0. 5~1. 5 ;所述彈性體選自非極性橡膠或非極性熱塑性彈性體的一種或兩種并用，具體而 言，可以是采用一種非極性橡膠或采用兩種非極性橡膠的并用，可以是采用一種非極性熱 塑性彈性體或采用兩種非極性熱塑性彈性體的并用，也可以是采用非極性橡膠和非極性熱 塑性彈性體的并用。非極性橡膠包括丁苯橡膠、順丁橡膠、天然橡膠、異戊橡膠、二元乙丙橡 膠、三元乙丙橡膠、丁基橡膠等；非極性熱塑性彈性體包括苯乙烯類熱塑性彈性體、聚烯烴 類熱塑性彈性體等。
[0011] 在上述的技術(shù)方案中，LDPE是半導(dǎo)電屏蔽料的基體材料，也就是產(chǎn)物的連續(xù)相； 而彈性體、高導(dǎo)電炭黑、抗氧劑、交聯(lián)劑、交聯(lián)助劑和固體石蠟等，則在熔融共混過程中，成 為產(chǎn)物的分散相，并與基體共同構(gòu)成了多相復(fù)合體系。在室溫條件下，上述產(chǎn)物具有較低 的電阻率，而當(dāng)溫度升高至LDPE的熔點附近，其體積電阻率則急驟升高。與高密度聚乙烯 (HDPE)相比，LDPE由于支鏈多且長，導(dǎo)致結(jié)晶度較低且晶區(qū)缺陷較多，其熔限較寬；從室溫 到60°C，純LDPE的平均體膨脹系數(shù)為5. 5*10 4K \而在60°C~115°C的溫度范圍內(nèi)，純LDPE 的平均體膨脹系數(shù)則高達21. 0*10 4K \正是由于LDPE基體在受熱條件下尤其在熔限區(qū)域 內(nèi)的體積劇增，使得其內(nèi)部的炭黑導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭受一定程度的破壞，由此導(dǎo)致了半導(dǎo)電 屏蔽料的正溫度系數(shù)效應(yīng)的存在，即升高溫度時電阻率劇增。在上述制備過程中，高導(dǎo)電 炭黑在LDPE基體中熔融共混均勻后，再加入彈性體繼續(xù)熔融共混，這使得上述多相復(fù)合體 系中的高導(dǎo)電炭黑主要分布在LDPE中，而彈性體作為分散相也存在于LDPE基體中。在升 溫過程中，對于以LDPE為基體的半導(dǎo)電屏蔽料，LDPE連續(xù)相和彈性體分散相都會在受熱條 件下發(fā)生體積膨脹，但是彈性體（非極性橡膠或非極性熱塑性彈性體）的體膨脹系數(shù)要大 于LDPE相的，這就導(dǎo)致了基體中的彈性體粒子之間發(fā)生相互擠壓，并使得處于彈性體粒子 之間的LDPE基體受到一定程度的壓縮，基體中高導(dǎo)電炭黑粒子的接觸得到強化，這就使得 由于升溫過程中基體膨脹而導(dǎo)致的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞得到一定程度的修復(fù)，并最終體現(xiàn) 在，隨著溫度的升高，體積電阻率的增長較慢，即多相復(fù)合體系的正溫度系數(shù)效應(yīng)得到了弱 化。在模壓成型測試樣品時，在成型模具的內(nèi)壁墊有聚四氟乙烯隔離膜，可以獲得表面平整 潔凈的且不與模具發(fā)生粘結(jié)的樣品。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著的積極效果和先進性：本發(fā)明的半導(dǎo)電屏蔽料 中適量彈性體的引入，在升溫過程中，利用彈性體和基體體膨脹系數(shù)的差異，一定程度修復(fù) 由于體積膨脹而遭受破壞的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，弱化了半導(dǎo)電屏蔽料的正溫度系數(shù)效應(yīng)；本發(fā) 明采用LDPE作為半導(dǎo)電屏蔽料的基材，具有較高的熱穩(wěn)定性，避免了 EVA作為半導(dǎo)電屏蔽 料時存在的熱分解及乙酸的釋放；另外，半導(dǎo)電屏蔽料中適量彈性體的存在，也賦予了半導(dǎo) 電屏蔽料的柔軟性。該半導(dǎo)電屏蔽料具有正溫度系數(shù)效應(yīng)弱、基體較高的熱穩(wěn)定性和制品 柔軟性。
[0013] 本發(fā)明制得的弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料可用于高壓電纜的內(nèi)屏蔽料。
[0014]
【具體實施方式】：下面的實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范 圍。
[0015] 實施例1 :弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料的制備
[0016] (1)先將50. 0克LDPE粒子加入的115°C的轉(zhuǎn)矩流變儀，轉(zhuǎn)速為65rpm，之后加入 25. 0克高導(dǎo)電炭黑和0. 5克抗氧劑1010,熔融共混6分鐘；
[0017] (2)將15. 0克二元乙丙橡膠加入⑴的混合物中，熔融共混3分鐘；
[0018] (3)將1. 0克交聯(lián)劑DCP、1. 5克交聯(lián)助劑TAIC及0. 5克固體石蠟加入⑵的混合 物中，熔融共混3分鐘，迅速從混合器中取出物料并冷卻至室溫；
[0019] (4)將樣品放入墊有聚四氟乙烯隔離膜的不銹鋼模具內(nèi)，用平板硫化機在180°C 溫度下預(yù)熱lmin，在lOMPa的壓力下模壓8min，之后在室溫條件的平板硫化機上冷壓定型， 獲得測試用片狀樣品。
[0020] 正溫度系數(shù)效應(yīng)的測定：將模壓制備的長*寬*厚為110mm*50mm*2mm的測試樣品 置于程序控溫的真空干燥箱中升溫，用電線電纜半導(dǎo)電橡塑電阻測試儀測量并記錄體積電 阻率數(shù)據(jù)，根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算從25°C到90°C度這一溫度范圍內(nèi)的正溫度系數(shù)效應(yīng)，即PTC 強度，即升溫過程中90°C時材料的體積電阻率與室溫25°C時材料的體積電阻率的比值的 對數(shù)值。
[0021] 通過熔融共混所制備出的具有弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料在室溫25°C 時的體積電阻率、90°C時的體積電阻率及正溫度系數(shù)效應(yīng)見表1。
[0022] 實施例2 :弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料的制備
[0023] 55. 0克LDPE ;27. 0克高導(dǎo)電炭黑；1.0克抗氧劑1010 ;5. 0克順丁橡膠；5. 0克SBS 熱塑性彈性體；1. 5克交聯(lián)劑DCP、2. 0克交聯(lián)助劑TAIC及1. 0克固體石蠟。其余與實施1 相同。
[0024] 實施例3 :弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料的制備
[0025] 55. 0克LDPE ;30.0克高導(dǎo)電炭黑；1.25克抗氧劑1010 ;5.0克丁苯橡膠；1.8克交 聯(lián)劑DCP、2. 3克交聯(lián)助劑TAIC及1. 25克固體石蠟。其余與實施1相同。
[0026] 實施例4 :弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料的制備
[0027] 60. 0克LDPE ;35. 0克高導(dǎo)電炭黑；1. 5克抗氧劑1010 ;20. 0克SBS熱塑性彈性體； 2. 5克交聯(lián)劑DCP、3. 5克交聯(lián)助劑TAIC及1. 5克固體石蠟。其余與實施1相同。
[0028] 表1半導(dǎo)電屏蔽料在室溫25°C時的體積電阻率、90°C時的體積電阻率及正溫度系 數(shù)效應(yīng)
[0029]
[0030] 在弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料中，決定其正溫度系數(shù)效應(yīng)高低的主要因 素是導(dǎo)電材料的含量以及彈性體的含量。提高導(dǎo)電材料的用量，可適當(dāng)弱化正溫度系數(shù)效 應(yīng)，但同時降低了屏蔽料的力學(xué)性能和加工流動性，且容易造成表層粗糙；適量的彈性體在 半導(dǎo)電屏蔽料中的存在，會在賦予復(fù)合體系柔軟性的同時，利用彈性體和基體連續(xù)相在體 膨脹系數(shù)方面的差異，在升溫過程中，擠壓連續(xù)相強化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并最終弱化復(fù)合體系的正 溫度系數(shù)效應(yīng)；但彈性含量過高，會在半導(dǎo)電屏蔽料中起到阻隔效應(yīng)，使得導(dǎo)電材料形成的 導(dǎo)電通道變長及截面面積減少，反而會降低導(dǎo)電性。
[0031] 顯然，本發(fā)明上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所做的舉例，而并非是對本 發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以 做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明 的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
【主權(quán)項】
1. 一種弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料及其制備方法，其特征在于，按照重量份 數(shù)包括以下組成： LDPE 50~60 ;彈性體5~20 ;高導(dǎo)電炭黑25~35 ;抗氧劑0. 5~1. 5 ;交聯(lián)劑DCP 1. 0~2. 5 ;交聯(lián)助劑為TAIC 1. 5~3. 5 ;固體石蠟0· 5~1. 5。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料及其制備方法，其 特征在于：首先在115°C的高溫混合器中，將LDPE與高導(dǎo)電炭黑、抗氧劑熔融混合均勻；之 后加入非極性橡膠或非極性熱塑性彈性體，熔融混合均勻；最后加入固體石蠟、交聯(lián)劑DCP 和交聯(lián)助劑TAIC，熔融混合均勻后，迅速從混合器中取出物料并冷卻至室溫。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱化正溫度系數(shù)效應(yīng)的半導(dǎo)電屏蔽料及其制備方法，其 特征在于：所述彈性體選自非極性橡膠或非極性熱塑性彈性體的一種或兩種并用。
【文檔編號】C08L23/06GK105985571SQ201510397620
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年7月5日
【發(fā)明人】王兆波, 郝春成, 張玉風(fēng), 王燦燦
【申請人】青島科技大學(xué)